高新智，蔡 蕓

(天津地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院，天津300250)

在天津市，自上世紀(jì)八十年代起，地?zé)豳Y源就被廣泛的應(yīng)用于建筑供暖、養(yǎng)殖、溫室種植、理療、娛樂(lè)等各個(gè)方面，規(guī)模越來(lái)越發(fā)達(dá)，利用方式也從剛開(kāi)的的簡(jiǎn)單直接利用發(fā)展到了目前多層次的梯級(jí)利用。天津位于華北平原北部，構(gòu)造位置位于華北準(zhǔn)地臺(tái)之華北斷坳，蘊(yùn)藏著豐富的中低溫地?zé)豳Y源，從上之下發(fā)育著五個(gè)地?zé)豳Y源熱儲(chǔ)層。其中，薊縣系霧迷山組就是主要的開(kāi)發(fā)利用熱儲(chǔ)層。霧迷山組由下至上分為一、二、三、四四個(gè)層段，一、二段由于埋藏深，開(kāi)發(fā)利用地?zé)峋稚?，具體熱儲(chǔ)狀況及地?zé)豳Y源儲(chǔ)存情況不明，目前幾乎開(kāi)采的均是三、四段熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源，該熱儲(chǔ)層地?zé)豳Y源年開(kāi)采量已經(jīng)達(dá)到了近1 700萬(wàn)m3，占到了全市地?zé)豳Y源利用總量約53%。而且，地?zé)豳Y源的應(yīng)用越來(lái)越廣，開(kāi)發(fā)利用規(guī)模越來(lái)越大，給我市地?zé)豳Y源保護(hù)和管理帶來(lái)了巨大的壓力。

DR1井位于天津市西青區(qū)解放南路，一方面為了給解放南路地區(qū)項(xiàng)目提供供暖熱源;另一方面為了對(duì)霧迷山組二段熱儲(chǔ)進(jìn)行勘探，為以后該熱儲(chǔ)的開(kāi)發(fā)利用打下基礎(chǔ)，DR1井設(shè)計(jì)目的層為薊縣系霧迷山組二段。最終，該井成功鉆遇霧迷山組二段，完井井深3 580 m，出水量達(dá)到了119.3m3/h，出水溫度為96℃，是一眼質(zhì)量非常高的地?zé)峋?。該眼地?zé)峋峁┑牡責(zé)岬刭|(zhì)、鉆探、熱儲(chǔ)等方面的寶貴資料對(duì)于以后該段熱儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)利用具有非常大的指導(dǎo)意義。

1 霧迷山組二段熱儲(chǔ)特征

1.1 構(gòu)造特征

DR1井位于華北斷坳(Ⅱ級(jí))之Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元滄縣隆起之Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元白塘口凹陷西側(cè)，緊靠白塘口西斷裂。白塘口凹陷位于滄縣隆起東部，北以海河斷裂、南以增福臺(tái)斷裂、西以白塘口西斷裂、東以滄東斷裂為界。白塘口凹陷內(nèi)沉積較厚的第四系松散地層，缺失古近系，基巖主要由中、新元古界，上古生界和中生界組成。

白塘口凹陷內(nèi)斷裂構(gòu)造以一系列北東向斷裂，對(duì)工作區(qū)地層沉積及地溫場(chǎng)分布起主要作用的為白塘口西斷裂。該斷裂走向NNE，傾向 SEE，傾角45°左右，正斷層。西盤(pán)為上升盤(pán)，造成斷裂西側(cè)大部分地區(qū)都存在地層缺失，特別是緊靠斷裂部分地區(qū)古近系至青白口系均缺失;東盤(pán)為下降盤(pán)，中生界比較發(fā)育，沉積厚度較大。白塘口西斷裂為蓋層斷裂，是燕山－－－喜馬拉雅旋回產(chǎn)物，并大都受殼斷裂的影響，有一定的繼承性。但在拉張機(jī)制下有一定的新生性，主要表現(xiàn)為張性正斷層的活動(dòng)特征，特別是在喜馬拉雅期，因此斷裂在第三系中表現(xiàn)得特別明顯，并多顯生長(zhǎng)斷層的性質(zhì)(見(jiàn)圖1)。

圖1 區(qū)域構(gòu)造圖

1.2 霧迷山組二段熱儲(chǔ)層特征

該段地層巖性以淺灰、深灰、灰色白云巖、硅質(zhì)白云巖為主，結(jié)構(gòu)致密，堅(jiān)硬、性脆，細(xì)粒結(jié)晶。上部有白云巖與泥質(zhì)白云巖不等厚互層，也見(jiàn)少量棕紅色泥質(zhì)白云巖。下部為暗色白云巖為主，自下而上呈細(xì)～粗～細(xì)反旋回沉積特征。DR1井鉆遇二段地層厚527 m，巖性以灰白色、白色，少量淺灰褐色、透明狀白云巖、硅質(zhì)白云巖為主，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，呈厚層狀、巨厚層狀;巖層裂隙發(fā)育，在鉆至3 018 m，發(fā)生重大漏失，巖屑完全不能上返。電性特征整體表現(xiàn)為高電阻率，上部電阻起伏大，下部相對(duì)較為平緩。

1.3 水文地質(zhì)特征

DR1井完井后進(jìn)行了綜合測(cè)井以及標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井工作，測(cè)井顯示，該井鉆遇霧迷山組孔隙度為0.74% ～7.45%，滲透率為0.10 ～1.86 μm2，富水性好。共有含水層 15組，其中一類裂隙37.1 m，二類裂隙30.8 m，有效取水層 67.9 m，占目的層厚度為12.88%。

DR1井完井后進(jìn)行了三次不同降深的穩(wěn)定流降壓試驗(yàn)，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)井口溫度不是恒定不變的，而是隨著時(shí)間的延續(xù)不斷升高，而水的密度與溫度的變化成反比，造成觀測(cè)水位不能真實(shí)地反映地?zé)峋畬?shí)際水位(熱儲(chǔ)壓力)的變化。此時(shí)，盡管地?zé)峋畠?nèi)水位上升或保持不變，但熱儲(chǔ)壓力卻下降，這種現(xiàn)象稱之為“井筒效應(yīng)”，因此，在資料整理過(guò)程中，需要進(jìn)行溫度統(tǒng)一校正，消除井筒效應(yīng)。DR1降壓試驗(yàn)時(shí)最大井口流溫為96℃，以此作為統(tǒng)一溫度對(duì)試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，根據(jù)校正后的動(dòng)水位，繪制了其降壓試驗(yàn)歷時(shí)曲線圖(見(jiàn)圖2)。

降壓歷時(shí)曲線完整的反應(yīng)了降壓試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程，在定流量抽水情況下，剛開(kāi)始抽水時(shí)，熱儲(chǔ)水位下降較快，但是隨著試驗(yàn)的繼續(xù)，由于補(bǔ)給充足，熱儲(chǔ)水位很快就達(dá)到了平衡。那是因?yàn)樗E縣系霧迷山組為基巖巖溶裂隙類型熱儲(chǔ)，在進(jìn)行抽水試驗(yàn)過(guò)程中，抽水量以消耗徑流補(bǔ)給量為主，動(dòng)水位在較短的時(shí)間內(nèi)便達(dá)到了平衡。所以在計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)時(shí)也選取裘布依及溪哈爾特公式。

圖2 DR1井降壓試驗(yàn)歷時(shí)曲線圖

降壓試驗(yàn)前測(cè)得的靜水位埋深為108 m，抽水前測(cè)得的靜水位埋深是地?zé)峋撮_(kāi)采前保持的穩(wěn)定狀態(tài)下的初始水位，即水柱溫度自上而下逐漸增高時(shí)的水位埋深，這不能代表抽水狀態(tài)下的靜水位埋深，須修正成抽水時(shí)井筒內(nèi)上下形成統(tǒng)一熱力場(chǎng)時(shí)的靜水位埋深，才能與觀測(cè)的水位埋深、水量、水溫相匹配進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。通過(guò)Q=F(h)曲線圖得到該井修正后熱水靜水位為72.63 m，修正溫度為96℃。利用修正后的熱水靜水位即可計(jì)算出各個(gè)落程試驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)的降深值，從而計(jì)算出單位涌水量值。

表1 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算表

從物探測(cè)井及降壓試驗(yàn)結(jié)果分析，研究區(qū)霧迷山組二段熱儲(chǔ)裂隙發(fā)育，賦水性好，是一個(gè)可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的熱儲(chǔ)層。

2 地?zé)崃黧w水化學(xué)特征

DR1井完井后對(duì)該井地?zé)崃黧w進(jìn)行了取樣，并及時(shí)送至專業(yè)部門(mén)進(jìn)行了水質(zhì)分析，地?zé)崃黧w樣各化學(xué)組分含量見(jiàn)表1，并且本文作者收集了研究區(qū)附近霧迷山組三、四段混采地?zé)峋办F迷山組二、三段混采地?zé)峋責(zé)崃黧w水質(zhì)資料，對(duì)比取水段為霧迷山組二段地?zé)峋責(zé)崃黧w水質(zhì)分析報(bào)告，對(duì)它們之間的水化學(xué)特征、相關(guān)性進(jìn)行了探究(見(jiàn)圖3和圖4)。

表2 二段地?zé)峋責(zé)崃黧w樣化學(xué)組分含量表

圖3 DR1井地?zé)崃黧w水質(zhì)stiff圖

DR1井霧迷山組二段地?zé)崃黧w礦化度在2 052 mg/L左右，HX－31礦化度相對(duì)較低，為1 860.6 mg/L(見(jiàn)表2)，可能是該井位于白塘口西斷裂西側(cè)上升盤(pán)，地層缺失，霧迷山組埋深相對(duì)較淺，地層溶慮作用相對(duì)較小。陽(yáng)離子以Na+為主，占全部陽(yáng)離子摩爾百分比達(dá)到了79.5%;陰離子以 Cl－為主，占全部陰離子摩爾百分比也達(dá)到了52.5%，但是SO42－和HCO3－含量亦較大，地?zé)崃黧w水化學(xué)類型以 Cl·SO4－Na和 Cl·HCO3－Na型為主。

圖4 地?zé)崃黧w水質(zhì)三線圖

表3 霧迷山組地?zé)峋責(zé)崃黧w主要化學(xué)組分含量表mg/L

霧迷山組三四段地?zé)峋責(zé)崃黧w礦化度在1 900 mg/L左右，陽(yáng)離子以 Na+為主，陰離子以 Cl－為主，SO42－和HCO3－含量亦較大，地?zé)崃黧w水化學(xué)類型以Cl·SO4－Na和Cl·HCO3－Na型為主。

霧迷山組二、三段混采地?zé)峋責(zé)崃黧w礦化度也2 000 mg/L左右，陽(yáng)離子以Na+為主，陰離子以Cl－為主，各離子含量比例與二段以及三、四段熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w情況類似;另外，測(cè)井曲線顯示，二段和三段過(guò)度段地層泥質(zhì)含量較低，巖性以大段白云巖為主。這說(shuō)明霧迷山組各段地層之間連通性較好，沒(méi)有明顯的隔水層段。

3 霧迷山組地?zé)崃黧w水質(zhì)評(píng)價(jià)

3.1 霧迷山組地?zé)崃黧w水質(zhì)評(píng)價(jià)

DR1井霧迷山組地?zé)崃黧w中含有大量的微量元素，F(xiàn)－含量為10 mg/L，達(dá)到了氟水命名標(biāo)準(zhǔn);但是氟離子、鈉離子、鐵、錳、氯化物等超過(guò)了生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，不適合直接作為生活飲用水，但經(jīng)過(guò)處理可以作為礦泉水;該井地?zé)崃黧w溫度較高，F(xiàn)－含量亦超標(biāo)準(zhǔn)，不適合直接作為漁業(yè)用水及農(nóng)業(yè)用水，需要調(diào)節(jié)溫度、除氟或與低氟水混用，并配備增氧設(shè)備后，才能加以利用。

3.2 霧迷山組地?zé)崃黧w腐蝕、結(jié)垢性評(píng)價(jià)

地?zé)崃黧w溫度較高，含有多種腐蝕性化學(xué)組分，往往對(duì)地?zé)崂迷O(shè)備和管材產(chǎn)生不同程度的腐蝕、破壞作用，而地?zé)崃黧w腐蝕性可以利用拉申指數(shù)加以判斷，根據(jù)DR1井地?zé)崃黧w水質(zhì)分析結(jié)果計(jì)算分析，該井地?zé)崃黧w拉伸指數(shù)(LI)為4.13，為強(qiáng)腐蝕性水。

而地?zé)崃黧w結(jié)垢性主要指流體中一些溶解度較小組分在周圍環(huán)境發(fā)生變化，達(dá)到過(guò)飽和析出，附著于系統(tǒng)內(nèi)表面形成垢層，從而增大流體阻力，降低熱利用效率。一般在地?zé)崂孟到y(tǒng)中，根據(jù)垢的主要化學(xué)成分可將其分為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和硅酸鹽垢三類。根據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)DR1井地?zé)崃黧w不具有生成碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和硅酸鹽垢的趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

霧迷山組二段熱儲(chǔ)發(fā)育穩(wěn)定，裂隙發(fā)育，賦水性好，是具有較大開(kāi)發(fā)利用前景地?zé)豳Y源熱儲(chǔ)層，該熱儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)利用可以有效的緩解目前我市基巖熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)壓力，也能在很大程度上解決城市居民建筑的供暖熱源問(wèn)題，并且也能為我市節(jié)能減排工程的持續(xù)和進(jìn)一步開(kāi)展做出貢獻(xiàn)。

霧迷山組二段熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w水化學(xué)類型以Cl·SO4－Na和Cl·HCO3－Na型為主，礦化度在2 000 mg/L左右，雖然具有一定的腐蝕性，但是沒(méi)有生成碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和硅酸鹽垢的趨勢(shì)，整體來(lái)說(shuō)水質(zhì)情況較好，也是有利于該熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源的多方面利用。本文作者在DR1井鉆探工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量的物探、水化學(xué)、地?zé)岬刂焚Y料，初步探究了研究區(qū)霧迷山組二段熱儲(chǔ)層的地質(zhì)、水化學(xué)特征，分析了該熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w水質(zhì)情況，希望能為以后該霧迷山組二段熱儲(chǔ)的開(kāi)發(fā)利用起到作用。

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